高中生物“基因表達(dá)”重要概念學(xué)習(xí)進(jìn)階的構(gòu)建與測(cè)量研究

張宏佳　李雪峰

摘要 通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的分析解讀，歸納出高中生物“基因表達(dá)”主題下的6個(gè)重要概念。結(jié)合一線教師的問卷調(diào)查情況、學(xué)生的訪談結(jié)果和該主題的已有研究，編制“基因表達(dá)”學(xué)習(xí)進(jìn)階的測(cè)量工具。測(cè)量工具經(jīng)Rasch模型分析擬合后，依據(jù)測(cè)量結(jié)果建立了高中生物“基因表達(dá)”重要概念學(xué)習(xí)進(jìn)階圖，為教學(xué)實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞 高中生物 基因表達(dá) 重要概念 學(xué)習(xí)進(jìn)階 測(cè)量研究

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究起源于研究者對(duì)美國(guó)教育質(zhì)量評(píng)估的關(guān)注和對(duì)科學(xué)教育的反思，其研究主要針對(duì)科學(xué)教育中內(nèi)容廣而不深，知識(shí)點(diǎn)繁多，沒有連貫的知識(shí)框架等現(xiàn)象進(jìn)行。學(xué)習(xí)進(jìn)階描述的是學(xué)生在各學(xué)段中（不同階段年級(jí)）學(xué)習(xí)某一主題的概念時(shí)所遵循的連貫的、典型的學(xué)習(xí)路徑，呈現(xiàn)為圍繞該主題展開的一系列由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列。

在生物教學(xué)領(lǐng)域中，《普通高中高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中也明確提出高中生物學(xué)習(xí)的核心素養(yǎng)、大概念以及重要概念等重要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)生物核心概念要“少而精”的特點(diǎn)。少而精的課程理念和學(xué)習(xí)進(jìn)階的相互關(guān)聯(lián)的概念序列思想，為研究高中生關(guān)于生物概念知識(shí)的理解和認(rèn)知發(fā)展提供了良好的契機(jī)和啟示。

其中學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究模式主要基于項(xiàng)目反應(yīng)理論的數(shù)據(jù)模型，從理論和假設(shè)構(gòu)建、試題的開發(fā)、數(shù)據(jù)的收集與分析、結(jié)果與理論假設(shè)的比較與解釋，這四大步驟形成了一個(gè)較為完整的方法體系理論。

1建立基因表達(dá)重要概念維度劃分

“基因表達(dá)”描述了基因怎樣翻譯成蛋白質(zhì)，進(jìn)而引起機(jī)體性狀的產(chǎn)生。通過對(duì)初高中的課程標(biāo)準(zhǔn)、教材內(nèi)容以及已有文獻(xiàn)分析解讀，歸納出“基因表達(dá)”主題下的6條重要概念，同時(shí)邀請(qǐng)2位資深的一線生物教師和2位大學(xué)生物專家進(jìn)行審核和校正編制的李克特7點(diǎn)給分量表（含效度量表），向廣東多地的一線生物教師發(fā)放問卷，調(diào)查一線教師的認(rèn)可情況。發(fā)放問卷74份，有效回收率為78.0%。問卷結(jié)果經(jīng)SPSS信度檢驗(yàn)，系數(shù)為0.733（>0.6），說明量表的信度是可信的，結(jié)果見表1。

其中概念1是學(xué)生構(gòu)建基因表達(dá)的分子遺傳重要基礎(chǔ)；概念2闡明基因怎么行使功能，控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從解釋機(jī)制聯(lián)系基因與蛋白質(zhì)之間的聯(lián)系；概念3、4闡明蛋白質(zhì)在基因與性狀之間的重要關(guān)系；概念5讓學(xué)生明白雖然個(gè)體擁有相同的遺傳信息，但是細(xì)胞中的基因會(huì)進(jìn)行選擇性表達(dá)；概念6補(bǔ)充說明環(huán)境因素對(duì)性狀的影響。從調(diào)查結(jié)果看，在滿分7分的認(rèn)可調(diào)查給分中，各維度概念（最低5.13）都大于臨界值4，說明之前通過文獻(xiàn)研究歸納出來的6條基因表達(dá)重要概念得到了大多數(shù)一線教師的認(rèn)可。

2構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階假設(shè)和開發(fā)測(cè)量工具

確定“基因表達(dá)”進(jìn)階的重要概念后，分別選取佛山某校高一、高二各的學(xué)生進(jìn)行“基因表達(dá)”學(xué)習(xí)情況的訪談，依據(jù)學(xué)生的訪談結(jié)果并參考美國(guó)研究看2017年通過前、中、后不同時(shí)期跨度23周的時(shí)間對(duì)學(xué)生在教學(xué)干預(yù)下，刻畫的學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)代遺傳學(xué)認(rèn)知發(fā)展中學(xué)習(xí)進(jìn)階的發(fā)展過程，建立和構(gòu)建了關(guān)于基因表達(dá)學(xué)習(xí)進(jìn)階的水平劃分。依據(jù)進(jìn)階假設(shè)編制基因表達(dá)重要概念進(jìn)階的測(cè)量工具。

測(cè)量工具包含17個(gè)項(xiàng)目，涵蓋了分層有序選擇題（ordered multiple-choice，簡(jiǎn)稱OMC）、二階診斷試題和填空做答題這三種題型。其中OMC選擇題題型題目中的選項(xiàng)是以學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的過程進(jìn)行命題設(shè)計(jì)，每個(gè)選項(xiàng)代表著不同的認(rèn)知水平，并以學(xué)生完成高中生物學(xué)習(xí)要求的知識(shí)掌握層次作為該題正確選項(xiàng)，減少題目難度對(duì)后面學(xué)習(xí)進(jìn)階構(gòu)建的主觀影響。OMC選擇題既保留了傳統(tǒng)選擇題后續(xù)統(tǒng)計(jì)便捷的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也較好地考查出學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平。為了減少OMC選擇題的猜測(cè)因素對(duì)測(cè)試的影響，引入學(xué)生主觀作答的信心指數(shù)進(jìn)行校正。

3實(shí)施測(cè)試

編制的測(cè)量工具經(jīng)一線教師和生物教育專家審閱，工具初測(cè)經(jīng)Rasch模型擬合，符合要求后，進(jìn)行大規(guī)模測(cè)試。

大規(guī)模測(cè)試選取佛山某校高一高二年級(jí)各200名學(xué)生，發(fā)放問卷共400份，回收394份，其中有效問卷共362份，高一級(jí)188份，高二級(jí)174份，有效率為90.5%。測(cè)試情況經(jīng)Rasch模型擬合后，整體結(jié)果見表2。

從表1中，可以發(fā)現(xiàn)大規(guī)模測(cè)試數(shù)據(jù)基本符合Rasch模型的擬合要求。其中被試者信度為0.63，項(xiàng)目信度為0.99。被試者的標(biāo)準(zhǔn)誤（Error）為0.65，項(xiàng)目的難度估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤為0.14，表明項(xiàng)目測(cè)量的精確度較好。被試者和項(xiàng)目的加權(quán)擬給殘層均分分別為0.99和1.00都非常接近于1.00，兩者的未加權(quán)擬給殘層均分為1.01和1.01也非常接近于1.00，表明被試者和項(xiàng)目的模型數(shù)據(jù)擬合情況都較為理想。另外17個(gè)項(xiàng)目的難度值范圍在-2.30～2.36較為均勻地遞增，整體跨度為4.36個(gè)Logit值。各項(xiàng)目模型誤差為0.12～0.18，誤差較小。測(cè)試結(jié)果滿足分析要求。

4“基因表達(dá)”重要概念學(xué)習(xí)進(jìn)階構(gòu)建與分析

將Rasch模型的相關(guān)數(shù)據(jù)與實(shí)際各概念的難度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表3。

根據(jù)上表基因表達(dá)主題下各重要概念的平均難度值，構(gòu)建如圖1所示的基因表達(dá)的學(xué)習(xí)進(jìn)階圖。

從圖1中，可以看出6條基因表達(dá)重要概念經(jīng)Rasch模型擬合分析后在難度上呈現(xiàn)出從概念3（-1.160）、概念1（-0.903）、概念4（-0.630）、概念6（-0.245）、概念5（1.053）、概念2（1.067）由簡(jiǎn)單到復(fù)雜遞增的特點(diǎn)，整體呈現(xiàn)出學(xué)生認(rèn)識(shí)和掌握“基因表達(dá)”這一主題重要概念所認(rèn)知的進(jìn)階過程。

5對(duì)于教學(xué)實(shí)踐的啟示

學(xué)生較容易掌握的是概念3“蛋白質(zhì)是生物體功能的執(zhí)行者”，較難以掌握和理解的是概念2“遺傳信息擁有一套命令機(jī)制指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成（轉(zhuǎn)錄、翻譯）”。在6個(gè)重要概念中，概念6和概念5的難度分布跨度較大，表明學(xué)生在理解和掌握基因表達(dá)主題時(shí)的困難點(diǎn)，主要分布在學(xué)生認(rèn)識(shí)到概念“環(huán)境因子會(huì)與遺傳信息相互作用影響生物性狀”和“體細(xì)胞擁有相同的遺傳信息，但是不同細(xì)胞表達(dá)的基因不同”之間。這表明在“基因表達(dá)”的學(xué)習(xí)中，學(xué)生要完全掌握好基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，除了先前蛋白質(zhì)的知識(shí)和遺傳信息的層次性做基礎(chǔ)外，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該多建立在環(huán)境和基因的選擇性表達(dá)的宏觀調(diào)控現(xiàn)象上，活學(xué)活用，以此幫助學(xué)生更好地掌握基因的微觀表達(dá)機(jī)制。

學(xué)習(xí)進(jìn)階呈現(xiàn)的是基于實(shí)證下確立學(xué)生在概念理解的思維節(jié)點(diǎn)，其中各節(jié)點(diǎn)即“階”是制約學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的臺(tái)階。本研究發(fā)現(xiàn)從概念6（-0.245）到概念5（1.053）則是學(xué)生發(fā)展和掌握基因表達(dá)主題一個(gè)跨度較大的“腳踏點(diǎn)”。要使學(xué)生順利踏過這個(gè)臺(tái)階，形成一個(gè)完整、系統(tǒng)的概念體系，概念教學(xué)的實(shí)施是非常必要的。學(xué)習(xí)進(jìn)階可為概念教學(xué)提供有力的證據(jù)，以支撐概念學(xué)習(xí)的完整性。教師在概念教學(xué)中應(yīng)該充分了解學(xué)情，圍繞學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)概念或思維定勢(shì)，巧妙設(shè)置問題，促進(jìn)學(xué)生從表象向本質(zhì)學(xué)習(xí)，喚起學(xué)生對(duì)概念探究的熱情和學(xué)習(xí)興趣。